Пристрій для обмеження перенапруг в контактних електромережах постійного струму залізничного електротранспорту

Реферат: Пристрій для обмеження перенапруг в контактних електричних мережах постійного струму залізного електротранспорту містить конденсатор та лінійний резистор, заземлюючу систему. Додатково містить джерело трифазної напруги, випрямляч трифазного змінного струму в постійний, провід контактної електромережі, реактор, головний і додатковий вимикачі постійного струму, перемикач постійного струму, блок управління комутаціями. UA 114085 U (12) UA 114085 U UA 114085 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель до електротехніки, зокрема до комутаційних вузлів систем електропостачання електрифікованого залізничного електротранспорту, наприклад до контактних електромереж постійної напруги понад 3 кВ. Відомий пристрій для захисту від перенапруг [Патент на корисну модель № 34995 UA МПК Н02Н 3/20 від 26.08.2008, бюл. № 16, 2008], який призначений для захисту високовольтних ліній від індукованих та грозових перенапруг шляхом використання резистора з нелінійною характеристикою та наявності іскрового проміжку між електродами пристрою. Недоліком цього пристрою є обмежена кількість спрацювань через надмірне нагрівання нелінійних елементів струмами серії послідовних розрядів до високих температур, що суттєво скорочує термін експлуатації та змінює вольт-амперні характеристики нелінійних елементів, а значить і ефективність спрацювань. Із відомих пристроїв для обмеження перенапруг найближчим за своєю суттю є пристрій для обмеження перенапруг [Деклараційний патент на корисну модель № 16388 U, МПК Н02Н 9/00, Н02Н 9/04 від 1.08.2006, бюл. № 8, 2006], призначений для поліпшення захисних характеристик пристроїв для захисту систем з ізольованою чи заземленою через резистор нейтраллю з метою підвищення ефективності та надійності захисту від перенапруг комутаційного і грозорозрядного походження. Вказаний пристрій дозволяє обмежувати короткочасні багатократні відносно номінальних значень перенапруги, які виникають внаслідок розривання великих струмів за допомогою вимикачів. Однак цей пристрій, що містить конденсатор, послідовно з яким увімкнені паралельно сполучені лінійний і нелінійний резистори, причому друга спільна точка з'єднання резисторів приєднана до фазного проводу, а другий вивід конденсатора приєднаний до заземлюючого пристрою. Основним недоліком даного пристрою є неможливість його використання для обмеження відновлювальних перенапруг між контактами вимикачів постійного струму в електричних мережах високої напруги. В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій для обмеження перенапруг в контактних електромережах постійного струму електрифікованого залізничного електротранспорту під час розривань електричних кіл, в яких протікають великі значення постійного струму, та запобігати появі потужних електричних дуг між полюсами вимикачів постійного струму, здатних зруйнувати ці полюси і, тим самим, суттєво збільшити комутаційний ресурс вимикачів постійного струму. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для обмеження перенапруг в контактних електричних мережах постійного струму залізного електротранспорту, який містить конденсатор та лінійний резистор заземлюючу систему, згідно з корисною моделлю, додатково містить джерело трифазної напруги, випрямляч трифазного змінного струму в постійний, провід контактної електромережі, реактор, головний і додатковий вимикачі постійного струму, перемикач постійного струму, блок управління комутаціями, причому до виходів джерела трифазної напруги приєднані входи випрямляча трифазного змінного струму, в постійний анодний полюс якого приєднаний до залізничної шини, яка постійно приєднана до заземлюючої системи, до катодного полюса випрямляча трифазного змінного струму в постійний приєднаний вхід реактора, до виходу якого приєднані входи головного та додаткового вимикачів постійного струму, другий вихід головного вимикача постійного струму разом з виходом конденсатора приєднані до залізничної шини, до входу конденсатора приєднаний вихід резистора та другий вихід перемикача постійного струму, перший вихід якого приєднаний до входу резистора, вхід перемикача постійного струму приєднаний до виходу додаткового вимикача постійного струму, до керуючого входу якого приєднаний другий вихід блока управління комутаціями, перший вихід якого приєднаний до керуючого входу головного вимикача постійного струму, а третій вихід блока управління комутаціями приєднаний до керуючого входу перемикача постійного струму. На кресленні наведено схему пристрою для обмеження перенапруг в контактних електромережах постійного струму залізничного електротранспорту, де до джерела трифазної напруги 1 приєднаний випрямляч трифазного змінного струму в постійний 2, до катодного виводу якого приєднана залізнична шина 3, котра є приєднана до заземлюючої системи 4. Анодний вивід випрямляча трифазного змінного струму в постійний 2 через реактор 5 приєднаний проводом лінії контактної електромережі 6, в заданій точці якого приєднані входи головного 7 та допоміжного 8 вимикачів. Другий вивід головного вмикача 7 та другий вивід конденсатора 9 приєднані в заданій точці до залізничної шини 3. До першого виводу конденсатора 9 приєднані другий вивід резистора 10 та третій полюс перемикача постійного струму 11, перший вивід якого приєднаний до другого виводу допоміжного вимикача постійного струму 8. Перший вивід резистора 10 приєднаний до другого полюса перемикача 11, до керуючого входу якого приєднаний другий вихід блока управління комутаціями 12. Перший вихід блока управління комутаціями 12 приєднаний до керуючого входу головного вимикача 1 UA 114085 U 5 10 15 постійного струму 7, а третій вихід блоку управління комутаціями 12 приєднаний до керуючого входу перемикача постійного струму 11. Пристрій для обмеження перенапруг в контактних електромережах постійного струму залізничного транспорту працює наступним чином: перед вимиканням головного вимикача 7 положення перемикача 11 повинно бути таким, щоб конденсатор 9 був увімкнений паралельно до головних полюсів вимикача 7. Досягається це тим, що перемикач постійного струму 11 замкнений через другий вихідний контакт безпосередньо з входом конденсатора 9, а полюси додаткового вимикача постійного струму 8 замкнені. Стан контактів додаткового вимикача постійного струму та перемикача постійного струму 11 перевіряється блоком управління комутаціями 12. Якщо стан контактів відповідає описаному вище положенню, то блок управління комутаціями дозволить подати сигнал на вимикання головного вимикача постійного струму. В противному випадку подача сигналу буде заблокована, а стан контактів комутаційних апаратів вимагатиме перевірки і узгодження. Після подачі сигналу від блока управління комутаціями 12 на керуючий вхід вимикача 7 його головні полюси розмикаються і розривають електричний контур, по якому протікав постійний струм величиною біля 800 А. З цього моменту повністю розряджений конденсатор починає заряджатися, а його напруга збільшується від нуля до номінального значення з постійною часу 2L , де L - еквівалентна індуктивність проводу лінії контактної електромережі 6 та R реактора 5, R - еквівалентний активний опір контуру постійного струму, який складається з  20 активного опору проводу лінії контактної мережі 6, опору залізничної шини 3 та внутрішнього опору випрямляча 2. Процес наростання напруги на конденсаторі 8 буде відбуватися згідно з рівнянням: Ut   Ue де 25 30 35 40 45 50 55  R t 2L sin  t   , R2 1 частота власних коливань контуру,    - початкова фаза вільної 2 4L LC складової коливної напруги конденсатора. Час наростання напруги на конденсаторі до номінального значення відбувається впродовж часу, який дорівнює 3 . Якщо за цей час полюси вимикача розійдуться на відстань, міцність ізоляції якої буде перевищувати пробивну напругу, то головний вимикач 7 успішно здійснить вимикання постійного струму. Якщо відбудеться пробиття ізоляційного проміжку між полюсами головного вимикача 7, то внаслідок швидкого розряджання конденсатора 9 через дугу між робочими полюсами головного вимикача 7 у цьому контурі появиться кидок розрядного струму, величина якого багатократно може перевищувати номінальне значення струму конденсатора. Це може призвести до перегрівання конденсатора і пошкодження його ізоляції, тому ємність конденсатора повинна бути підібрана з врахуванням сталої часу, як наведено вище. Після розмикання полюсів головного вимикача постійного струму 7 конденсатор 9, зарядившись до номінальної напруги, залишається приєднаний до проводу контактної електромережі 6, і відігріє роль фільтра струмів вищих гармонік струмів, які генеруються випрямлячем трифазного змінного струму в постійний 2 та силовим електрообладнанням електропоїздів. Відімкнення конденсатора від проводу контактної електромережі здійснюється додатковим вимикачем постійного струму 8, тоді, коли головний вимикач постійного струму 7 вимкнений. Вмикання головного вимикача 7 блок управління комутаціями 12 дозволяє у двох випадках, зокрема якщо конденсатор 9 відімкнений від контактної електромережі, або конденсатор 9 приєднаний до проводу контактної електромережі через резистор 10. Блок управління комутаціями 12 дозволяє увімкнути головний вимикач тоді, коли полюси додаткового вимикача постійного струму 8 роз'єднані, або коли додатковий вимикач 8 увімкнений, а положення контактів перемикача постійного струму 11 такі, що його перший вихідний контакт знаходиться у замкненому стані, тобто послідовно з'єднує резистор 10 з конденсатором 9. Це забезпечує обмеження амплітуди струму вмикання конденсатора 9 опором резистора 10 до допустимих значень. Після замикання полюсів головного вимикача 7 рухомий контакт перемикача постійного струму 11 перемикається на другий вихідний контакт, завдяки чому паралельно до полюсів головного вимикача постійного струму 7 залишається приєднаний лише конденсатор 9. В такому положенні пристрій є підготовлений до розмикання контуру постійного струму за допомогою головного вимикача 7. Даний пристрій використовується у тих випадках, коли вимагається недопущення напруги відновлення між робочими полюсами головного вимикача постійного струму 7 та обмеження 2 UA 114085 U 5 10 перенапруг в контактній електромережі постійного струму електрифікованого транспорту (електропоїзди та трамваї), які виникають під час розривання електричних кіл постійного струму, в яких протікає кілька сотень ампер основним вимикачем постійного струму 7. Така необхідність виникає тоді, коли в зимові пори року під час інтенсивних опадів мокрого снігу та холодного вітру з температурою біля 5 °C, проводи ліній контактних електромереж 6 покриваються ожеледдю, яку найефективніше ліквідовувати шляхом нагрівання проводів електричним струмом. З метою кращого використання ресурсу конденсатора 9, крім обмеження швидкості наростання напруги між контактами головного вимикача постійного струму 7, його доцільно застосовувати для стабілізації напруги в контактній електромережі 6, та створення контуру для замикання вищих гармонік струмів, які генерує випрямляч трифазного змінного струму в постійний 2 і силове електрообладнання (напівпровідникові перетворювачі частоти) електровозів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 Пристрій для обмеження перенапруг в контактних електричних мережах постійного струму залізного електротранспорту, який містить конденсатор та лінійний резистор, заземлюючу систему, який відрізняється тим, що додатково містить джерело трифазної напруги, випрямляч трифазного змінного струму в постійний, провід контактної електромережі, реактор, головний і додатковий вимикачі постійного струму, перемикач постійного струму, блок управління комутаціями, причому до виходів джерела трифазної напруги приєднані входи випрямляча трифазного змінного струму в постійний, анодний полюс якого приєднаний до залізничної шини, яка постійно приєднана до заземлюючої системи, до катодного полюса випрямляча трифазного змінного струму в постійний приєднаний вхід реактора, до виходу якого приєднані входи головного та додаткового вимикачів постійного струму, другий вихід головного вимикача постійного струму разом з виходом конденсатора приєднані до залізничної шини, до входу конденсатора приєднаний вихід резистора та другий вихід перемикача постійного струму, перший вихід якого приєднаний до входу резистора, вхід перемикача постійного струму приєднаний до виходу додаткового вимикача постійного струму до керуючого входу якого приєднаний другий вихід блока управління комутаціями, перший вихід якого приєднаний до керуючого входу головного вимикача постійного струму, а третій вихід блока управління комутаціями приєднаний до керуючого входу перемикача постійного струму. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3